土壤侵蚀动态监测中的高分辨率影像土地利用解译精度分析

土壤侵蚀与土地利用有很大的相关性,土地利用直接影响土壤侵蚀的形式、空间分布和强度。高分辨率遥感影像是土地利用状况调查的主要信息源,是准确掌握土壤侵蚀动态的基础和前提。为进一步提高高分影像解译土地利用类型的判读正确率,全面支撑县域土壤侵蚀动态监测和水土保持规划,以河北省怀来县为例,基于高分影像解译和野外抽样调查获取的土地利用信息,将野外抽样调查所得的土地利用结果作为真值,从整个县域和抽样调查单元2个层面,通过土地利用变化转移矩阵,对比分析了遥感普查所得土地利用的类型、面积和分布等。结果表明:1)除园地和灌木林地比例相差较大之外,其他土地利用比例相当,因此遥感普查与野外抽样调查2种方法所得的土地利用结构具有较好的一致性;2)遥感普查土地利用的耕地、园地和草地精度较高,分别为85.3%、91%和89%,林地次之,为78.6%,灌木林地和其他土地再次之,分别为68.2%和64.2%;3)遥感普查灌木林地的解译正确率偏低,只有68.2%,是由于灌木林地和草地容易混淆导致误判,灌木林地误判为草地的比例高达30.5%。2种方法都可以作为获取土地利用信息的可靠手段,而且高分遥感影像在大比例尺水土流失调查与制图中具有较高的使用价值,灌木林地和草地二者之间的误判还需在解译时多加注意,可从纹理与明暗的分析,野外实地调查的增加和影像处理技术等方面提高其判读正确率。本文的研究方法及其结果,为提高土地利用高分遥感影像解译精度提供了定量的依据,为土地利用信息获取提供了可参考的技术路线与方法,对县域土壤侵蚀动态监测和水土保持规划具有重要意义。     

泛第三极典型地区土地利用和水保措施解译精度分析

[目的]进行泛第三极典型地区抽样单元土地利用和水土保持措施遥感解译精度评价,提高高分辨率影像的解译正确率,分析解译结果的区域代表性。[方法]于2018—2019年在中国西藏、泰国清莱和巴基斯坦地区分别选取9个、18个、15个抽样单元进行野外调查。以野外调查的土地利用结果作为参照,通过混淆矩阵、土地利用变化转移矩阵分析基于Google Earth影像进行土地利用和水保措施判读的精度;通过与参考数据集土地利用结构的对比,分析解译结果的区域代表性。[结果]①3个典型样区土地利用解译精度较理想,总体分类精度在80%以上,平均kappa系数分别为0.74,0.75和0.82;②与野外调查结果相比,3个典型样区水土保持措施解译结果比较理想;③遥感抽样解译的结果与GLC 30 m,GLC 10 m数据集的土地利用结构相似度较高。[结论]基于高分影像解译土地利用类型和水土保持措施的结果与野外调查的结果一致性较好,且符合参考数据集的土地利用结构,抽样单元遥感解译结果对于土地利用的宏观特征结构有较好的区域代表性表达。     

基于抽样调查法的水土流失普查技术问题解析

在总结前四次全国水土流失调查的方法和取得成果的基础上,全面介绍了第四次全国水土流失调查采用的抽样调查方法,并从分层不等概抽样、水土保持措施落地、与"3S"技术高度融合和土壤侵蚀因子量化等方面分析了抽样调查方法的代表性和先进性;分析了以小流域为对象开展野外调查的依据、代表性以及抽样方法的制图精度,进行了抽样调查单元与遥感调查和全域计算方法的对比分析。总结认为,在当前技术经济水平条件下,采用抽样调查方法开展普查能够满足表征水土保持措施的作用、准确掌握全国水土流失面积和分布的需要,同时对于县级水土流失分布制图需采用更高密度的布点开展调查。     

土壤侵蚀遥感监测方法及其思考

土壤侵蚀监测一直是遥感和地理信息系统应用的一个重要领域。纵观国内外土壤侵蚀遥感监测方法,概括起来有遥感影像目视解译监测法、遥感光谱分析监测法、人机交互式解译监测法、智能化土壤侵蚀监测法和模型参数化监测法5种。分析各种方法的优势及其在实际应用中所面临的困难,提出基于知识库与空间信息耦合的土壤侵蚀监测方法,以满足水土保持及其管理工作的需要。     

小流域土壤侵蚀遥感监测新技术研究

在水力侵蚀地区开展以小流域为治理单元是我国水土保持工作的一项基本方针。根据部颁新标准《水土保持监测技术规程》,我们着重研究了基于小尺度、大比例尺的小流域土壤侵蚀监测的新技术,内容包含：研究和制定基层水土保持数据标准化（元数据）,采用1：1万地形图建立数字高程模型（DEM）,使用高分辨率SPOT卫星遥感图像进行投影、校正、融合处理,在遥感影像解译中采用快速提取分类,在栅格到矢量的转换中采用了几乎全自动化的方法,在结果分析中完成了图形和属性数据的联合查询和虚拟GIS。因此,在基层单位我们率先实现了小流域土壤侵蚀遥感监测的部颁标准。     

基于面向对象的SPOT卫星影像梯田信息提取研究

梯田信息准确和快速提取是区域水土保持动态监测和评价的核心技术之一,运用遥感技术进行地物信息提取是一种有效手段。该研究以燕沟流域为研究区,采用高分辨率的SPOT5遥感影像数据,基于面向对象分类技术,通过影像分割构建影像对象,在分析影像对象的光谱特征、纹理特征和空间特征的基础上,建立了梯田信息的遥感提取规则,实现了梯田的自动提取。最后用手工勾绘结果对梯田的遥感提取结果进行精度评价,从田块边界的吻合度评价位置精度,并通过比较该结果与人工目视解译结果进行面积精度评价。结果表明,基于面向对象分类的遥感方法可以较好地从原始影像中提取复杂地貌区梯田的位置信息,面积提取正确率达到78.38%,该方法可为黄土高原地区梯田信息遥感提取提供借鉴。     

黑土区土壤侵蚀与土地利用关系分析——以黑龙江省克山县为例

应用TM遥感影像,提取土地利用和土壤侵蚀的相关信息。采用叠加分析的方法,对黑龙江省克山县1995-2000年的土地利用变化和土壤侵蚀变化的关系进行了分析。结果表明:黑龙江省克山县土地利用的变化不利于水土保持、土壤侵蚀面积的减少以及土壤侵蚀强度的降低,影响土壤侵蚀的主要土地利用变化发生在微丘平原区旱地。     

重庆市开县土壤侵蚀自动评价研究

本次土壤侵蚀自动评价采用TM卫星影像，通过人机交互目视解译获取土地利用信息，应用数字高程模型（DEM）生成坡度图，从TM影像提取NDVI，利用像元二分模型得到植被覆盖度，运用GIS强大的空间分析功能，建立土壤侵蚀强度评判模型，自动评价生成开县的土壤侵蚀强度分级图。对评价的结果进行了分析，结果符合开县的土壤侵蚀实际情况，研究表明土壤侵蚀自动评价方法可行。     

基于深度学习的水土保持措施遥感解译信息提取研究

近年来计算机视觉图像处理的发展与遥感影像分辨率的提高，使得遥感影像水土保持措施快速精准提取成为可能。为有效推进水土保持措施图斑精准快速提取的研发与应用，在总结水土保持措施信息提取和卫星遥感影像解译常用方法的基础上，系统分析深度学习方法在遥感解译和遥感影像水土保持措施提取方面的改进与运用，对研究发展趋势进行了展望分析。     

利用侵蚀模型普查黄土高原土壤侵蚀状况

土壤侵蚀普查对于土地资源保护和自然灾害防治具有重要意义。为了测试抽样方法和土壤侵蚀模型在土壤侵蚀普查中的适用性,该文以陕西吴起县为试点,采用1%均匀抽样方法,调查39个抽样单元的土壤侵蚀影响因子,使用中国侵蚀预报模型CSLE(Chinese soilloss equation)估算土壤侵蚀模数,并与基于遥感数据的水蚀分级分类方法进行比较。两种方法估算的全县平均土壤侵蚀模数分别为4571和5504t/(km2a),但不同分级侵蚀强度的面积和空间分布存在较大差异。抽样方法在土地利用与覆盖、水土保持措施及土壤特性方面获得的信息量大于遥感方法,同时对于区域具有很好的代表性;使用模型估算土壤侵蚀考虑的影响因子与分级方法相比,还包括了土壤可蚀性、坡长因子以及水土保持措施因子等,由此计算的土壤侵蚀模数和强度具有更高的可信度。因此,虽然基于抽样方法和土壤侵蚀模型的土壤侵蚀普查方法也存在一定的问题,但与土壤侵蚀分类分级方法相比具有明显的优越性。     

Study on a soil erosion sampling survey in the Pan-Third Pole region based on higher-resolution images

Soil erosion is one of the most severe global environmental problems, and soil erosion surveys are the scientific basis for planning soil conservation and ecological development. To improve soil erosion sampling survey methods and accurately and rapidly estimate the actual rates of soil erosion, a Pan-Third Pole region was taken as an example to study a methodology of soil erosion sampling survey based on high-spatial-resolution remote sensing images. The sampling units were designed using a stratified variable probability systematic sampling method. The spatiotemporal characteristics of soil erosion and conservation were taken into account, and finer-resolution freely available and accessible images in Google Earth were used. Through the visual interpretation of the free high-resolution remote sensing images, detailed information on land use and soil conservation measures was obtained. Then, combined with the regional soil erosion factor data products, such as rainfall-runoff erosivity factor (R), soil erodibility factor (K), and slope length and steepness factor (LS), the soil loss rates of some sampling units were calculated. The results show that, based on these high-resolution remote sensing images, the land use and soil conservation measures of the sampling units can be quickly and accurately extracted. The interpretation accuracy in 4 typical cross sections was more than 80%, and sampling accuracy, described by histogram similarity in 11 large sampling sites, show that the landuse of sampling uints can represent the structural characteristics of regional land use. Based on the interpretation of data from the sample survey and the regional soil erosion factor data products, the calculation of the soil erosion rate can be completed quickly. The calculation results can reflect the actual conditions of soil erosion better than the potential soil erosion rates calculated by using the coarse-resolution remote sensing method.     

南方红壤农作区数字流域建立和应用

数字流域是用数字化专题图形、图像、表格和相应的模型对流域各要素的数字表达,数字流域可为数字化流域管理与评价提供支持。以1∶5万地形图和高分辨率(2.5m)遥感影像为基础,利用数字地形分析、遥感解译和野外调查的方法,建立了南方红壤农作区典型治理区的数字流域,并对土壤侵蚀强度等级进行了划分。研究结果表明:(1)所建立的包含Hc-DEM、地形因子、土地利用、植被盖度和水土保持措施的数字流域能够反映研究区治理前后土地利用和水土保持措施的变化;(2)侵蚀强度等级以中到强度为主,治理前后轻度侵蚀增加比较明显、中度和强度侵蚀减少。该研究可为水土保持效益评价和流域管理提供支持。     

Monitoring of soil erosion and assessment for contribution of sediments to rivers in a typical watershed of the Upper Yangtze River Basin

An assessment of the effectiveness of soil conservation practices is very important for watershed management, but the measurement over a small area does not necessarily represent the truth over a large area. Monitoring of soil erosion and analysis of sediment delivery were carried out in the Lizixi watershed (which is typical of the Upper Yangtze Basin, China), using remote sensing and a geographic information system (GIS). Land‐use and land‐cover maps were prepared by an interpretation of 1986 and 1999 images from SPOT and Landsat TM. Slope‐gradient maps were created from digital elevation model (DEM), while merged images of SPOT and Landsat TM were used to obtain land‐use information. The area of soil erosion was classified by an integration of slope gradients, land‐use types and vegetation cover rates, and soil erosion rates and their changes were calculated in a grid‐based analysis using an Erdas GIS. The change in sediment delivery ratio was estimated based on the changes in soil erosion rates from both monitoring and the truth survey. There was a reduction in soil erosion rate of 4·22 per cent during a 13‐year period after soil conservation practices were adopted in the Lizixi watershed. The amount of sediments transported into rivers has decreased by 51·08 per cent during the same period due to an integrated application of biological and engineering measures. The comparison of soil erosion severity between pre‐conservation and post‐conservation revealed that soil loss has been obviously diminished and the measures were quite effective. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

第一次全国水利普查水土保持普查方案

第一次全国水利普查水土保持情况普查包括水土流失、侵蚀沟道和水土保持措施等3种对象.水土流失普查,采取宏观遥感调查与地面系统抽样调查相结合的方式,利用土壤侵蚀模型评价不同侵蚀类型的分布、面积和强度.侵蚀沟道普查,利用遥感影像、DEM(数字高程模型)等基础数据得到侵蚀沟道位置,通过野外调查和空间分析,得到侵蚀沟道面积、数量与分布.水土保持措施普查,利用各种基础资料综合分析得到水土保持工程措施和植物措施的类型和数量.     

土壤侵蚀预警和决策支持系统的设计与应用

土壤侵蚀严重地影响了东北黑土区的土壤质量和粮食产量。利用GIS平台结合土壤侵蚀模型,以遥感数据、田间采样数据和农户调查数据为数据源,建立了侵蚀决策方案管理数字化地块图,实现了GIS支持下的土壤侵蚀预警和侵蚀防治信息化决策,可以根据不同地块的侵蚀程度,提供不同的治理措施决策建议,实现了田块尺度水土流失预警及水土保持决策的数字化管理,建立了侵蚀黑土农区水土流失综合治理信息化管理样板。     

黄土高原切沟空间分布特征

在区域尺度研究切沟空间分布特征,对黄土高原切沟防治及黄河中游水土保持工作具有重要意义。研究以系统抽样的方法布设256个小流域抽样单元,基于Google Earth亚米级遥感影像,采用人工目视解译的方法,对黄土高原切沟空间分布特征展开研究,结果表明：(1) 92个抽样单元存在切沟,占抽样单元总数35.94%。黄土高原切沟密度均值为1.47 km/km²,以小切沟为主。切沟长度、宽度、距分水岭距离均值分别为43.53 m, 6.30 m, 71.19 m。(2)黄土高原切沟主要分布在400 mm等降雨量线附近,尤其是延安及其以西至固原一带,榆林及其以北至东胜一带,小切沟分布与切沟总体分布基本一致,大切沟分布相对分散,在天水—定西一带最为突出。(3)黄土高原切沟所在坡面目前土地利用类型主要为草地(48.51%)、耕地(29.76%)、林地(17.27%)。研究可为黄土高原侵蚀沟分区治理规划提供理论依据。     

基于侵蚀因子显性变化的区域水蚀动态监管方法研究

[目的]本着综合监管要完善机制、强化手段、严格追责的基本目标,提出一套基于侵蚀因子显性变化的区域水蚀动态监管方法,为制定精准的监督执法、检查、督导和违法违规查处的政策提供有效的方法支撑和精细的数据支持。[方法]在全面分析当前水土流失监管主要工作进展与存在问题的基础上,基于高分遥感影像、水土保持治理工程和生产建设项目前期设计资料等高空间精度、高现势性的数据,以土壤侵蚀地块为单元,精细识别侵蚀因子发生显性变化的对象,科学计算水土流失强度和面积的变化,查清引起变化的原因。[结果]侵蚀因子显性变化是指区域内某种或几种土壤侵蚀因子在局部发生变化,并呈现出显著的可被识别、可被监视的明确特征;显性变化集中体现在地块的地表坡度、土地利用类型、水土保持措施、植被覆盖度等变化。[结论]基于侵蚀因子显性变化的水土流失动态监管的技术和方法,尤其适用于年际间水土流失动态监测及其后续的监督管理。     

遥感在黄河流域水土保持监测中的应用

以黄河流域水土保持遥感调查为例,说明以不同分辨率的遥感影像为主要信息源、结合地理信息系统所开展的遥感监测,是一种快速、有效的水土保持监测方法。在地理信息系统软件支持下,遥感可在水土保持动态监测的模拟、水土保持地理信息系统的建立和土壤侵蚀模型的探索等方面发挥重要作用。     

应用遥感技术对中国亚热带地区坡地利用及土壤侵蚀的研究

This paper introduces briefly two remote sensing case studies on land use in the subtropic region of China. One is on slope land use in the Yangtze River Three Gorges area. This is a large area of 60497 km². First of all, geometric correction and supervised classification were conducted for ten scenes of Landsat-5 TM or MSS images. The resolution of the processed images is 50 m × 50 m on ground. By the classification the land use/cover categories in this area were discriminated. Then the croplands including rice fields and upland fields were extracted from the land use/cover maps. Simultaneously the slope grade maps were prepared based on the topographic maps. Overlaying the slope grade maps and the cropland maps, the area and percentage of the croplands in different slope grades were determined. This case study indicated that 71.5% of the uplands was situated on the slope above 150 and 25% on the slope above 250 in this area. It is dangerous, and urgent cultivation or engineering measures should be taken. Another case study is on soil erosion in Linshan County of Guangxi Province. Airphoto interpretation and supervised classification of a Landsat TM image were carried out for discriminating land cover/use categories in an area of 3 557.8 km². And the soil erosion intensity grades were determined according to the land cover/use maps and slope maps. It wad discovered that the land suffering soil erosion accounted for 2404.0 km², 67.6% of the total area of the county. Necessary measures to control soil erosion should be taken also.